数组是静态的，但数组大小直到运行时才知道。这怎么可能？答案

【问题标题】：The array is static, but the array size isn't know until runtime. How is this possible?数组是静态的，但数组大小直到运行时才知道。这怎么可能？
【发布时间】：2012-02-10 07:08:46
【问题描述】：

这让我困扰了一段时间。它触及了我（缺乏）对静态和动态内存分配之间差异的理解的核心。下面的数组是一个普通的静态数组，应该是编译时分配内存的吧？然而，我已经设置好让用户在运行时输入数组大小。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  cout << "how many elements should the array hold? ";
  int arraySize;
  cin >> arraySize;

  int arr[arraySize];

  for (int i = 0; i < arraySize; ++i)
    arr[i] = i * 2;

  return 0;
}

请注意，此程序中没有 new 或 delete 运算符。它在 Xcode 4.2（默认 Clang 编译器）以及我学校的 UNIX 服务器（GCC 4.4.5）中运行良好。在编译时创建数组时，编译器如何知道要为arr 分配多少内存？这只是我的编译器的侥幸，可能破坏其他内存的危险代码，还是合法的？

【问题讨论】：

这使用了一个名为可变长度数组的功能，该功能在 C99 中首次亮相。
尝试用g++ -Wall -Wextra -pedantic -std=c++98编译

标签： c++ arrays dynamic-memory-allocation dynamic-arrays

【解决方案1】：

这是 C++ 编译器的非标准扩展。请注意，在 C 中，与 C++ 不同，这是自 C99 以来官方支持的（即标准强制行为）。在 C++ 中，它不受支持，因为已经有解决该问题的方法：使用 std::vector 而不是数组。

然而数组不是不是使用静态内存分配（也不是动态内存分配），而是自动内存分配。自动变量在函数结束时自动释放（分配它们的内存区域称为堆栈，因为其上的分配和释放具有堆栈语义）。要让数组使用静态内存分配，您必须将 static 放在定义前面（请注意，全局或命名空间范围内的变量始终使用静态内存分配）。但是，如果您将变量设为静态，您会发现编译器不再允许使用非常量数组大小。

请注意，std::vector 使用动态内存分配存储其数据。因此，即使是静态std::vectors，您也可以使用非常量大小。

【讨论】：

不允许的主要原因是没有vector的替代品。有更深层次的原因，因为数组的大小是类型的一部分，并且必须在编译时知道。
@DavidRodríguez-dribeas：他们本可以对这些规则进行例外处理，就像 C 可变长度数组需要 C 规则的例外一样。

【解决方案2】：

这是一个Variable Length Array（仅在 C99 中支持，在 C++ 中不支持）。它在运行时分配在堆栈上。

【讨论】：

这甚至是有效的 C++ 吗？ IIRC Visual Studio 对此有一些错误。
不，这不是动态内存分配。这是自动内存分配。 @stativ：不，它不是有效的 C++（但是，如果没有被 C++ 特定代码包围，它将是有效的 C）。对于 C++，它是一些编译器的非标准扩展。
@celtschk：有没有要求在堆栈上分配内存？如果一个特定的实现能够在堆栈上分配它，那可能比分配堆内存然后释放它更有效，但是是否有任何理由不允许使用不能使用堆栈的实现而不是堆？
@supercat：不要求它在 stack 上（或者首先要有一个堆栈）。但是有一个要求是自动内存分配（即离开函数作用域时自动回收的内存），而不是动态内存分配（即内存必须通过调用内存释放函数手动释放）。我不确定是否允许通过编译器生成的代码调用malloc/free。

【解决方案3】：

对于在函数内部声明的数组（或任何对象），内存在函数入口处分配（通常在堆栈上），并在函数返回时释放。在这种情况下，函数恰好是 main 的事实并不影响这一点。

这个：

cin >> arraySize;
int arr[arraySize];

是一个“可变长度数组”（VLA）。问题是，C++ 不支持 VLA。 C 可以，从 1999 年的 ISO C 标准 (C99) 开始，但它不是 C++ 采用的特性。

您的编译器支持 C++ 中的 VLA 作为扩展。使用它们会使您的代码不可移植。

（VLA 的一个问题是没有检测分配失败的机制；如果arraySize 太大，则程序的行为未定义）。

对于 gcc，使用 -pedantic 编译会产生警告：

warning: ISO C++ forbids variable length array ‘arr’

【讨论】：

【解决方案4】：

生成的代码在运行时在堆栈上分配 arraySize 字节。一旦函数返回，堆栈就会展开，包括“归还”为数组分配的字节。

使用 new 和 delete 是为了在堆上分配空间。堆上分配的内存生命周期独立于任何函数或方法范围 - 如果您在函数中为其分配空间，并且函数返回，则内存仍然被分配并且有效。

【讨论】：